Bipartite networks are widely used to encode the ecological interactions. Being able to compare the organization of bipartite networks is a first step toward a better understanding of how environmental factors shape community structure and resilience. Yet current methods for structure detection in bipartite networks overlook shared patterns across collections of networks. We introduce the \emph{colBiSBM}, a family of probabilistic models for collections of bipartite networks that extends the classical Latent Block Model (LBM). The proposed framework assumes that networks are independent realizations of a shared mesoscale structure, encoded through common inter-block connectivity parameters. We establish identifiability conditions for the different variants of \emph{colBiSBM} and develop a variational EM algorithm for parameter estimation, coupled with an adaptation of the Integrated Classification Likelihood (ICL) criterion for model selection. We demonstrate how our approach can be used to classify networks based on their topology or organization. Simulation studies highlight the ability of \emph{colBiSBM} to recover common structures, improve clustering performance, and enhance link prediction by borrowing strength across networks. An application to plant--pollinator networks highlights how the method uncovers shared ecological roles and partitions networks into sub-collections with similar connectivity patterns. These results illustrate the methodological and practical advantages of joint modeling over separate network analyses in the study of bipartite systems.


翻译:二分网络被广泛用于编码生态相互作用。能够比较二分网络的组织结构是更好地理解环境因素如何塑造群落结构和恢复力的第一步。然而,当前用于二分网络结构检测的方法忽略了网络集合间的共享模式。我们提出了\\emph{colBiSBM},一个用于二分网络集合的概率模型家族,它扩展了经典的潜在块模型(LBM)。该框架假设网络是共享中尺度结构的独立实现,通过共同的块间连接参数进行编码。我们为\\emph{colBiSBM}的不同变体建立了可识别性条件,并开发了用于参数估计的变分EM算法,结合了适用于模型选择的集成分类似然(ICL)准则的改编版本。我们展示了如何利用我们的方法基于网络拓扑或组织对网络进行分类。模拟研究突出了\\emph{colBiSBM}在恢复共同结构、提高聚类性能以及通过网络间信息共享增强链接预测方面的能力。在植物-授粉者网络中的应用表明,该方法如何揭示共享的生态角色并将网络划分为具有相似连接模式的子集合。这些结果说明了在研究二分系统时,联合建模相较于单独网络分析的方法论和实践优势。

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